Califórnia: Uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade da Califórnia, San Diego, e pela Universidade de Stanford descobriu uma abordagem não invasiva para monitorar a atividade elétrica dentro das células do músculo cardíaco a partir do exterior, sem penetrar fisicamente nas células.
O método baseia-se na captura de sinais elétricos de fora das células e no uso de IA para reconstruir os sinais dentro das células com alta precisão.
Os sinais eléctricos dentro das células do músculo cardíaco fornecem informações sobre como o coração funciona, como as suas células comunicam e como respondem aos medicamentos. No entanto, a captura desses sinais normalmente envolve perfurar as células com eletrodos minúsculos, o que pode danificá-las e complicar os testes em larga escala.
Agora, os pesquisadores descobriram uma maneira de espiar o interior das células sem realmente entrar.
A chave está em extrair a relação entre os sinais dentro das células (sinais intracelulares) e aqueles registrados em sua superfície (sinais extracelulares). “Descobrimos que os sinais extracelulares contêm as informações que precisamos para desbloquear as características intracelulares nas quais estamos interessados”, disse Zeinab Jahed, professor do Departamento de Química e NanoEngenharia da Família Aiiso Yufeng Li na UC San Diego, que é um dos os autores seniores do estudo. Keivan Rahmani, Ph.D. em nanoengenharia. estudante do laboratório de Jahed, é o primeiro autor do estudo.
Embora os sinais extracelulares possam ser capturados com métodos menos invasivos, eles não fornecem muitos detalhes sobre a atividade elétrica da célula. “É como ouvir uma conversa através de uma parede – você pode detectar que a comunicação está acontecendo, mas você perde os detalhes específicos”, explicou Jahed. “Em contraste, os sinais intracelulares oferecem detalhes, fazendo com que você se sinta sentado dentro de uma sala ouvindo cada palavra com clareza, mas eles só podem ser capturados por métodos invasivos e tecnicamente mais desafiadores.” Usando IA, os colegas de Jahed e Rahmand desenvolveram um método para correlacionar sinais extracelulares com sinais intracelulares específicos. Para desenvolver o novo método, a equipe primeiro projetou um conjunto de eletrodos em formato de agulha em nanoescala. Esses eletrodos, cada um até 200 vezes menor que uma única célula do músculo cardíaco, são feitos de sílica revestida com platina. Células do músculo cardíaco, derivadas de células-tronco, foram cultivadas e depois colocadas no conjunto de eletrodos.
Os pesquisadores coletaram um enorme conjunto de dados – milhares de pares de sinais elétricos – cada par ligando uma gravação extracelular ao seu sinal intracelular correspondente. Os dados incluíram como as células responderam quando expostas a vários medicamentos. Isto ofereceu uma rica biblioteca de dados sobre como as células do músculo cardíaco se comportam sob diferentes condições.
Ao analisar esses pares, os pesquisadores identificaram padrões entre os sinais extracelulares e intracelulares. Eles então treinaram um modelo de aprendizado profundo para prever a aparência dos sinais intracelulares com base apenas nas gravações extracelulares. Nos testes, o modelo criou reconstruções precisas e completas dos sinais intracelulares.
Este trabalho tem aplicações importantes na triagem de drogas, disse Jahed. Cada novo produto farmacêutico deve ser submetido a testes rigorosos para garantir que não afecta negativamente o coração – um processo conhecido como teste de cardiotoxicidade. Parte deste processo envolve a coleta de dados intracelulares detalhados das células cardíacas. Mudanças sutis nesses sinais elétricos podem fornecer pistas sobre os efeitos de um medicamento no coração, o que pode ajudar os desenvolvedores de medicamentos a avaliar a segurança de novos medicamentos. “Atualmente, este é um processo demorado e dispendioso. Normalmente começa com testes em modelos animais, que nem sempre prevêem resultados humanos”, disse Jahed.
Ao usar a nova abordagem baseada em IA neste estudo, os pesquisadores podem rastrear medicamentos diretamente nas células cardíacas humanas. Isto pode oferecer uma imagem mais precisa de como um medicamento se comportará no corpo humano e potencialmente contornar a necessidade de testes em animais em estágio inicial.
“Isso poderia reduzir drasticamente o tempo e o custo do desenvolvimento de medicamentos”, disse Jahed. “E porque as células utilizadas nestes testes são derivadas de células estaminais humanas, isso também abre a porta à medicina personalizada. Os medicamentos podem ser testados em células específicas do paciente para prever como um indivíduo pode responder a estes tratamentos.”
Embora o estudo atual tenha se concentrado nas células do músculo cardíaco, os pesquisadores já estão trabalhando para expandir seu método para outros tipos de células, incluindo neurônios. O seu objetivo é aplicar esta tecnologia para compreender melhor uma ampla gama de atividades celulares em diferentes tecidos. (ANI)
